ARM9体系结构介绍

ARM7与ARM9的区别及ARM体系结构一、 ARM7与ARM9的区别新一代的ARM9处理器，通过全新的设计，采用了更多的晶体管，能够达到两倍以上于ARM7处理器的处理能力。

这种处理能力的提高是通过增加时钟频率和减少指令执行周期实现的。

1 时钟频率的提高ARM7处理器采用3级流水线，而ARM9采用5级流水线。

增加的流水线设计提高了时钟频率和并行处理能力。

5级流水线能够将每一个指令处理分配到5个时钟周期内，在每一个时钟周期内同时有5个指令在执行。

在同样的加工工艺下，ARM9TDMI处理器的时钟频率是ARM7TDMI的1．8～2．2倍。

2 指令周期的改进指令周期的改进对于处理器性能的提高有很大的帮助。

性能提高的幅度依赖于代码执行时指令的重叠，这实际上是程序本身的问题。

对于采用最高级的语言，一般来说，性能的提高在30％左右。

2．1 loads 指令矛n stores指令指令周期数的改进最明显的是loads指令和stores指令。

从ARM7到ARM9这两条指令的执行时间减少了30％。

指令周期的减少是由于ARM7和ARM9两种处理器内的两个基本的微处理结构不同所造成的。

(1)ARM9有独立的指令和数据存储器接口，允许处理器同时进行取指和读写数据。

这叫作改进型哈佛结构。

而ARM7只有数据存储器接口，它同时用来取指令和数据访问。

(2)5级流水线引入了独立的存储器和写回流水线，分别用来访问存储器和将结果写回寄存器。

以上两点实现了一个周期完成loads指令和stores指令。

2．2 互锁(interlocks)技术当指令需要的数据因为以前的指令没有执行完而没有准备好就会产生管道互锁。

当管道互锁发生时，硬件会停止这个指令的执行，直到数据准备好为止。

虽然这种技术会增加代码执行时间，但是为初期的设计者提供了巨大的方便。

编译器以及汇编程序员可以通过重新设计代码的顺序或者其他方法来减少管道互锁的数量。

2．3 分枝指令ARM9和ARM7的分枝指令周期是相同的。

引言流水线技术通过多个功能部件并行工作来缩短程序执行时间，提高处理器核的效率和吞吐率，从而成为微处理器设计中最为重要的技术之一。

ARM7处理器核使用了典型三级流水线的冯·诺伊曼结构，ARM9系列则采用了基于五级流水线的哈佛结构。

通过增加流水线级数简化了流水线各级的逻辑，进一步提高了处理器的性能。

ARM7的三级流水线在执行单元完成了大量的工作，包括与操作数相关的寄存器和存储器读写操作、ALU 操作以及相关器件之间的数据传输。

执行单元的工作往往占用多个时钟周期，从而成为系统性能的瓶颈。

ARM9采用了更为高效的五级流水线设计，增加了2个功能部件分别访问存储器并写回结果，且将读寄存器的操作转移到译码部件上，使流水线各部件在功能上更平衡；同时其哈佛架构避免了数据访问和取指的总线冲突。

然而不论是三级流水线还是五级流水线，当出现多周期指令、跳转分支指令和中断发生的时候，流水线都会发生阻塞，而且相邻指令之间也可能因为寄存器冲突导致流水线阻塞，降低流水线的效率。

本文在对流水线原理及运行情况详细分析的基础上，研究通过调整指令执行序列来提高流水线运行性能的方法。

1ARM7／ARM9流水线技术1．1ARM7流水线技术ARM7系列处理器中每条指令分取指、译码、执行三个阶段，分别在不同的功能部件上依次独立完成。

取指部件完成从存储器装载一条指令，通过译码部件产生下一周期数据路径需要的控制信号，完成寄存器的解码，再送到执行单元完成寄存器的读取、ALU运算及运算结果的写回，需要访问存储器的指令完成存储器的访问。

流水线上虽然一条指令仍需3个时钟周期来完成，但通过多个部件并行，使得处理器的吞吐率约为每个周期一条指令，提高了流式指令的处理速度，从而可达到O．9MIPS／MHz的指令执行速度。

在三级流水线下，通过R15访问PC(程序计数器)时会出现取指位置和执行位置不同的现象。

这须结合流水线的执行情况考虑，取指部件根据PC取指，取指完成后PC+4送到PC，并把取到的指令传递给译码部件，然后取指部件根据新的PC取指。

arm9处理器的内部寄存器结构
ARM9处理器是一种32位的嵌入式处理器，内部包含了多种寄存器，这些寄存器扮演着不同的角色，用于存储不同类型的数据和指令，从而实现处理器的各种功能。

ARM9处理器的内部寄存器结构主要包括：
1.通用寄存器：ARM9处理器有16个32位的通用寄存器，这些寄存器不仅可以用于存储数据，还可以用于存储指令中的操作数。

通用寄存器还可以用于存储函数的参数和返回值。

2.程序计数器(PC)：程序计数器是一个32位的寄存器，用于存储当前正在执行的指令的地址。

当处理器执行完一条指令后，PC会自动递增，指向下一条指令的地址。

3.状态寄存器：状态寄存器用于存储处理器的当前状态。

例如，它可以用于存储处理器的运行模式，或者存储处理器的条件码。

4.堆栈指针(SP)：堆栈指针用于指向当前的堆栈顶部。

当处理器需要执行函数调用或其他需要使用堆栈的指令时，它会将数据压入堆栈中，并将堆栈指针减小。

当函数返回时，处理器会将数据从堆栈中弹出，并将堆栈指针增加。

5.链接寄存器(LR)：链接寄存器用于存储函数调用的返回地址。

当函数被调用时，处理器将当前指令的地址存储在LR中。

当函数执行完毕后，处理器会将LR中的地址作为返回地址，跳转回调用函数的地方。

6.中断寄存器：中断寄存器用于存储当前中断的状态。

当处理器
接收到一个中断时，它会将当前的状态保存在中断寄存器中，并跳转到中断处理程序的地址。

总之，ARM9处理器的内部寄存器结构是非常复杂的，不同类型的寄存器扮演着不同的角色。

通过合理地利用这些寄存器，程序员可以实现各种复杂的嵌入式应用。

ARM9寻址方式及指令集介绍ARM9是一种32位精简指令集计算机（RISC）架构的微处理器。

在本文中，我们将介绍ARM9寻址方式和指令集的基本特点。

直接寻址是最简单的寻址方式，寻址单元根据操作码中给出的直接地址来访问内存。

例如，LDR指令将数据从内存中的特定地址加载到寄存器中。

直接寻址在寻址范围上有限制，因为地址是直接编码在指令中的。

间接寻址是通过一个保存数据的寄存器的地址来访问内存。

寄存器中的地址表示需要访问数据的内存地址。

例如，LDR指令可以使用R0寄存器中的地址来获取数据。

间接寻址使得程序可以动态地计算内存地址，提高了灵活性。

相对寻址是通过相对于当前指令地址的偏移量来访问内存。

偏移量在指令的操作码中给出，并且通常是一个8位或12位的整数。

相对寻址使得程序可以方便地访问位于当前指令之前或之后的内存位置。

基址寻址是通过一个基址寄存器和一个偏移量来访问内存，其中基址寄存器存储了起始地址，偏移量存储了与起始地址的相对位置。

例如，LDR指令可以使用R0寄存器作为基址寄存器，并使用R1作为偏移量。

基址寻址适用于访问数组或数据结构等连续的内存块。

核心寄存器寻址是指通过核心寄存器的内容来访问内存。

在ARM9架构中，核心寄存器包括程序计数器、堆栈指针和链接寄存器等。

这些寄存器具有特殊的寻址方式，允许对于特定的功能进行优化。

ARM9的指令集包括数据处理指令、分支和跳转指令、访存指令和特权指令等。

数据处理指令是最常用的指令类型，用于完成算术和逻辑操作。

例如，ADD指令将两个操作数相加，并将结果存储在目的寄存器中。

分支和跳转指令用于控制程序的流程。

例如，B指令可以根据条件跳转到指定的地址上。

访存指令用于读写内存和I/O端口。

例如，LDR指令可以将数据从内存加载到寄存器中，STR指令可以将寄存器中的数据存储到内存地址中。

特权指令用于进行特权级别的操作，例如，访问系统寄存器或控制外设。

这些指令一般只能由操作系统或系统软件使用。

基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现陈斌【摘要】随着经济的迅速发展以及科学技术水平的不断提高,IT行业取得了较大程度上的进步,为我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高做出重要贡献。

尤其是近几年来,信息技术、网络技术飞速发展,IT领域不断发展与升级,在这种环境之下,嵌入式系统成为IT领域的重要焦点之一。

目前状况下,行业内存在着诸多的嵌入式系统,而在这些嵌入式系统当中,Linux最为受到青睐,这主要是因为Linux具有自身的强大优势,主要表现在三个方面,分别是元代码开放、功能强大一级级易于移植等。

就目前市场状况而言,ARM9系列的嵌入式微处理器已经成为嵌入式系统首选的处理器产品,本文就在此基础之上针对基于ARM9的嵌入式Linux应用开发平台的分析与实现进行有益探讨。

【期刊名称】《佳木斯职业学院学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】2页(P1-2)【关键词】嵌入式系统 ARM9 Linux应用开发平台文件系统【作者】陈斌【作者单位】铁岭师范高等专科学校【正文语种】中文【中图分类】TP316.811.嵌入式系统模型图1显示的主要是嵌入式系统的模型结构：如果从物理层面的角度对其进行一定程度上的分析，可以将嵌入式计算系统理解成一个专用的电子系统，一般情况下，这一专用的电子系统都处于一个非电子系统环境之下，且这一系统环境具有一定的复杂性。

至于这两种系统的关系，可以对其进行一定程度的抽象化处理，即具有复杂性的非电子系统是嵌入式系统的外部环境，我们将其称为被嵌入的系统。

就一般状况而言，整个系统之中所包含的嵌入式系统为多个，同时，嵌入式系统能够与外界进行直接的通信。

对于嵌入式系统而言，它能够提供一个专门的服务给被嵌入系统，这一服务主要表现为两个方面：一方面，这一服务可以表现为对外界输入的响应；另一方面，这一服务也可以是对被嵌入系统或者与之相邻的嵌入式系统数据的响应。

就如现代机电控制系统，对于这一系统而言，它是一种分布式的系统，在这种系统环境之下，各个处理单元都是通过网络进行一定程度上的连接的。

张凌001关于ARM的内核架构很多时候我们都会对M0，M0+,M3,M4，M7，arm7，arm9，CORTEX-A系列，或者说AVR,51，PIC等，一头雾水，只知道是架构，不知道具体是什么，有哪些不同？今天查了些资料，来解解惑，不是很详细，但对此有个大体了解。

咱先来当下最火的ARM吧1.ARMARM即以英国ARM（Advanced RISC Machines）公司的内核芯片作为CPU，同时附加其他外围功能的嵌入式开发板，用以评估内核芯片的功能和研发各科技类企业的产品.ARM 微处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处理器，除了具有ARM 体系结构的共同特点以外，每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。

－ ARM7 系列－ ARM9 系列－ ARM9E 系列－ ARM10E 系列－ ARM11系列－ Cortex 系列－ SecurCore 系列－ OptimoDE Data Engines－ Intel的Xscale－ Intel的StrongARM ARM11系列2. Cortex 系列32位RISCCPU开发领域中不断取得突破，其设计的微处理器结构已经从v3发展到现在的v7。

Cortex 系列处理器是基于ARMv7架构的，分为Cortex-M、Cortex-R和Cortex-A三类。

由于应用领域的不同，基于v7架构的Cortex处理器系列所采用的技术也不相同。

基于v7A的称为“Cortex-A系列。

高性能的Cortex-A15、可伸缩的Cortex-A9、经过市场验证的Cortex-A8处理器以及高效的Cortex-A7和Cortex-A5处理器均共享同一体系结构，因此具有完整的应用兼容性，支持传统的ARM、Thumb指令集和新增的高性能紧凑型Thumb-2指令集。

1Cortex-M系列Cortex-M系列又可分为Cortex-M0、Cortex-M0+、Cortex-M3、Cortex-M4；2Cortex-R系列Cortex-R系列分为Cortex-R4、Cortex-R5、Cortex-R7；3Cortex-A 系列Cortex-A系列分为Cortex-A5、Cortex-A7、Cortex-A8、Cortex-A9、Cortex-A15、Cortex-A50等 ，同样也就有了对应内核的Cortex-M0开发板、Cortex-A5开发板、Cortex-A8开发板、Cortex-A9开发板、Cortex-R4开发板等等。

ARM体系结构版本与相应的内核名称
体系结构内核名称ARM V7Cortex 系列：
Cortex-M3 / Cortex-R / Cortex A8/Cortex A9/Cortex A15
Scorpion : 高通获得ARM 授权后，在Cortex A8 基础上设计的.
ARM V4TARM7 TDMIARM V5TEARM10 TDMI / ARM 10E / XScale / ARM 9 ARM9 系列包含：ARM920T/ARM922T/ARM940T
ARM10E 系列包含：ARM 1020E / ARM 1022E / ARM 1026EJ-S
ARM V6ARM 111. 基本知识
(1) NV 的4 核Tegra 3 --> 内核名称仍为Cortex A9 核心，架构仍然是ARM V7
Exynos 4412 也是如此
(2) Scropion 是高通根据Cortex-A8 修改的。

关键的特点是同频下比A8 节能30%，或者同功耗的频率高25%。

Scorpion 具有部分A9 的特性，如乱序执行，管线化的VFP，支持多核。

此外，Scorpion 的Neon SIMD 引擎（高通称之为VeNum）宽度为128bit，是A8 和A9 的两倍，能提供更强劲的浮点运算支持，并且在不需要的时候可以关闭
一半变成64bit 以节省能源。

总体上，Scorpion 是具有部分A9 特性的A8，高
频率节能浮点加强版。

(3) VIA WM8650
采用超低功耗ARM 9 核心，主频为600MHz，集成多媒体指令和硬件加速性能，支持视频/音频解码加速.
说明它对应ARM V5TE 体系结构
(4) VIA WM8750。

ARM9系统的硬件设计ARM9系统的硬件设计指的是基于ARM9内核的嵌入式系统的硬件组成和设计方法。

ARM9是英国ARM公司推出的第九代32位内核处理器，被广泛应用于移动设备、嵌入式系统、消费电子产品等领域。

下面将详细介绍ARM9系统的硬件设计内容。

一、ARM9系统硬件设计的基本原则1.系统性能和功耗平衡：硬件设计要充分考虑系统性能和功耗之间的平衡，尽量在不影响系统性能的情况下降低功耗。

2.硬件模块化设计：将整个系统划分为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于维护和升级。

3.充分利用硬件资源：合理利用硬件资源，提高系统的性能和效率。

4.合理布局和连接：设计时应合理布局硬件组件和引脚连接，减少信号干扰和传输延迟。

5.异常处理：系统设计要考虑到异常情况的处理，保证系统的稳定性和可靠性。

二、ARM9系统硬件设计的基本组成1.处理器：ARM9内核的处理器是系统的核心部件，负责执行指令和控制系统运行。

2.存储器：包括RAM、ROM和闪存等，用于存储指令和数据，RAM用于存储工作数据，ROM和闪存用于存储软件和操作系统。

3.外设接口：包括串口、并口、USB接口等，用于与外部设备通信。

4.时钟和定时器：时钟提供系统的时序和时基，定时器用于定时和计数。

5.中断控制器：用于处理外部中断和异常，保证系统的正常运行。

6.显示控制器：用于控制和管理显示设备，如LCD显示屏。

7.输入输出设备：如触摸屏、键盘、鼠标等，用于用户与系统的交互。

8.电源管理：包括电源管理单元和电源管理软件，用于控制和管理系统的电源消耗。

三、ARM9系统硬件设计的关键技术1.PCB设计：根据系统需求和硬件组件的布局，设计合适的PCB板，保证信号传输的稳定和可靠。

2.时钟设计：根据系统需求设计合适的时钟方案，保证系统的协调和同步。

3.内存管理：根据系统的存储需求，选择适当的存储器类型和容量，合理划分存储区域。

4.性能优化：通过合理的硬件配置和系统参数调整，提高系统的运行速度和性能。